Родилась 24 августа 1926 года в селе Левжа, сейчас относящемуся к Рузаевскому району Мордовии. По национальности мокша.
В 1945 году окончила Мордовскую студию при Саратовской консерватории. После окончания учебного заведения стала артисткой хора музыкального театра Мордовии, а с 1948 года — солисткой ансамбля песни и танца «Умарина». C 1955 по 1993 год была солисткой Мордовской государственной филармонии.
В репертуаре певицы мордовские и русские народные песни, произведения советских композиторов. Считается одной из лучших российских исполнительниц лирических песен. Песня «Умарина» («Яблонька»), впервые исполненная Антоновой в 1957 году на Всемирном фестивале молодежи и студентов в Москве, стала одной из самых популярных народных песен Мордовии, своеобразной «визитной карточкой» республики.
М. Н. Антонова занесена в Книгу трудовой доблести и героизма Мордовской АССР. Награждена орденами «Знак Почёта» и Дружбы народов.